DE60023743T2 - CATALYST WITH HIGH RESISTANCE AND LARGE SURFACE, CATALYST SUPPORT OR ADSORBER COMPOUNDS - Google Patents

CATALYST WITH HIGH RESISTANCE AND LARGE SURFACE, CATALYST SUPPORT OR ADSORBER COMPOUNDS Download PDF

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Description

Die vorliegende Anmeldung nimmt die Priorität der US Provisional Application No. 60/173,592 eingereicht am 29. Dezember 1999 mit dem Titel "High Strength and High Surface Area Catalyst, Catalyst Support or Adsorber Compositions" von Wu et al. in Anspruch.The This application takes priority of the US Provisional Application No. No. 60 / 173,592 filed on December 29, 1999, entitled "High Strength and High Surface Area Catalyst, Catalyst Support or Adsorber Compositions "by Wu et al Claim.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

1. Gebiet der Erfindung1. Field of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Zeolith/Siliziumdioxid/Aluminiumoxid-Material und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Materials. Sie betrifft insbesondere ein Zeolith/Siliziumdioxid/Aluminiumoxid-Verbundmaterial, das eine ausgezeichnete Festigkeit und große Oberfläche aufweist.The The present invention relates to an improved zeolite / silica / alumina material and a Process for producing such a material. It concerns in particular a zeolite / silica / alumina composite material, which has excellent strength and large surface area.

2. Hintergrund und Diskussion des Standes der Technik2. Background and discussion of the prior art

Der "Clean Air Act" von 1970 erfordert, dass in einem Automobil ein Katalysator installiert wird, um den Abgasstrom zu reinigen. Der Katalysator entfernt unverbrannten Treibstoff, Kohlenmonoxid und Stickoxide gleichzeitig im Abgasstrom. Ein konventioneller Katalysator besteht aus einer viel-kanaligen keramischen Wabenstruktur und schließt ein Material mit großer Oberfläche ein, das heißt zusammen mit dem tatsächlichen katalytischen Material (beispielsweise dem Dreiwegekatalysator (TWC)), das auf das keramische Material durch washcoating aufgebracht wird. Die monolithische keramische Wabenstruktur stellt ein starkes Substrat für den Katalysator bereit, und erfüllt zusätzlich mechanische und thermische Anforderungen. Da es jedoch als inerte Struktur dient nimmt das Katalysatorsubstrat nicht an den chemischen Reaktionen zur Entfernung von unverbrannten Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxid und Stickoxiden teil.The "Clean Air Act" of 1970 requires that a catalytic converter is installed in an automobile to control the exhaust gas flow to clean. The catalyst removes unburned fuel, Carbon monoxide and nitrogen oxides simultaneously in the exhaust stream. A conventional one Catalyst consists of a multi-channel ceramic honeycomb structure and close a material with a big one surface one, that is along with the actual catalytic Material (for example, the three-way catalyst (TWC)), the on the ceramic material is applied by washcoating. The monolithic ceramic honeycomb provides a strong substrate for the catalyst ready and fulfilled additionally mechanical and thermal requirements. As it is, however, as inert Structure does not take the catalyst substrate to the chemical Reactions for the removal of unburned hydrocarbons, Carbon monoxide and nitrogen oxides in part.

US-Patent Nr. Re. 34,804 offenbart die Bildung von extrudierten Zeolith-Wabenkörpern, die einen Silikonharzbestandteil als permanentes Bindemittel einschließen. Ein verbessertes Verfahren zur Herstellung des Zeolith-Körpers ist im US-Patent Nr. 5,492,883 (Wu) offenbart, wobei das Zeolithmaterial mit einer wässrigen Silikonharzemulsion und einem temporären Bindemittel wie beispielsweise Methylcellulose vermischt wird und das Gemisch zur Bildung eines ungebrannten Wabenkörpers extrudiert wird, der danach getrocknet und gesintert wird. Ein weiteres verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Zeolith-Körpers ist im US-Patent Nr. 5,633,217 (Lynn) offenbart, wobei es die Verwendung eines zweibasigen Esters als Lösungsmittel für den Silikonharz und die Verwendung eines temporären Methylcellulosebindemittels offenbart. Zuletzt offenbart US-Patent Nr. 5,565,394 (Lachman et al.) verbesserte Zeolith-Körper, die einen Wärmeausdehnungskontrollbestandteil wie beispielsweise Kalziumsilikat, ein permanentes Bindemittel wie beispielsweise Siliziumdioxid oder Aluminiumoxid und ein temporäres Bindemittel wie beispielsweise Methylcellulose einschließen. Obwohl die Zeolithe, die in den Dokumenten von Wu, Lynn und Lachman offenbart sind nicht inert sind und dazu in der Lage sind, als Katalysatormaterial zu dienen, erfordern diese jeweils die Anwendung einer teuren Metall-Waschbeschichtung (washcoating), um als Dreiwegekatalysator zu funktionieren, der zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffen, Stickoxiden und Kohlenmonoxid in ihre nicht toxischen gasförmigen Gegenstücke in der Lage ist.US Patent No. Re. 34,804 discloses the formation of extruded zeolite honeycomb bodies include a silicone resin component as a permanent binder. One improved process for the preparation of the zeolite body is in U.S. Patent No. 5,492,883 (Wu), wherein the zeolite material with an aqueous Silicone resin emulsion and a temporary binder such as Methylcellulose is mixed and the mixture to form a unfired honeycomb body is extruded, which is then dried and sintered. Another one improved process for producing a zeolite body is in U.S. Patent No. 5,633,217 (Lynn), which discloses the use a dibasic ester as a solvent for the silicone resin and the use of a temporary Methylcellulose binder disclosed. Recently disclosed US Patent No. 5,565,394 (Lachman et al.) Improved zeolite bodies, which a thermal expansion control component such as calcium silicate, a permanent binder such as For example, silica or alumina and a temporary binder such as methylcellulose. Although the zeolites, the are not disclosed in the documents of Wu, Lynn and Lachman are inert and are capable of being used as a catalyst material These require the use of an expensive metal washcoat, respectively (washcoating) to operate as a three-way catalyst, the for the conversion of hydrocarbons, nitrogen oxides and carbon monoxide in their non-toxic gaseous counterparts be able to.

Für Zeolith-basierte Materialien, die als monolithische Wabenstrukturen bei erhöhten Temperaturen (> 300°C) verwendet werden sollen, sollte das Zeolithmaterial die folgende Kombination an Eigenschaften aufweisen, die konventionelle Zeolith-Körper nicht aufweisen: hohe Festigkeit, große Oberfläche, große thermische Stabilität (d.h. hohe Wärmeschockbeständigkeit) und geringer Wärmeausdehnungskoeffizient. Es besteht demgemäß ein klarer Bedarf nach einem Zeolith-Material, das die vorher erwähnten notwendigen Eigenschaften zeigt und es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Zeolith-Material dementsprechend bereitzustellen.For zeolite-based Materials used as monolithic honeycomb structures at elevated temperatures (> 300 ° C) used The zeolite material should be the following combination have properties that conventional zeolite bodies do not have: high strength, large Surface, size thermal stability (i.e., high thermal shock resistance) and low coefficient of thermal expansion. There is accordingly a clearer Need for a zeolite material that needed the previously mentioned Properties shows and it is thus an object of the present Invention, a zeolite material to provide accordingly.

Zusammenfassung der ErfindungSummary the invention

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die obigen Probleme des Standes der Technik zu lösen und ein Zeolith-Material mit hoher Festigkeit und großer Oberfläche bereitzustellen, das eine große Wärmestabilität und geringe Wärmeausdehnung zeigt.The The object of the present invention is to solve the above problems to solve the prior art and to provide a zeolite material with high strength and high surface area, that a great thermal stability and low thermal expansion shows.

Die vorliegende Erfindung ist insbesondere auf einen Zeolith-Körper gerichtet, der ausgedrückt in Gewichtsprozent folgendes umfasst:
30–70% Zeolith mit einem Siliziumdioxid/Aluminiumoxid-Verhältnis von zumindest 300 und einer Oberfläche von mehr als ungefähr 250 m2/g, 15–20% Siliziumdioxid Bindemittel und 10–50% gamma-Aluminiumoxid mit einer spezifischen Oberfläche von mehr als 100 m2/g. Die Eigenschaften dieses Zeolith-basierten Materials schließen folgendes ein: (1) ein Bruchmodul von zumindest 1406138 kg/m2 (2000 psi); (2) eine Oberfläche von zumindest 100 m2/g; (3) einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von weniger als ungefähr +/–10 ppm/°C; und (4) eine Wärmeschockbeständigkeit von zumindest 850°C.
In particular, the present invention is directed to a zeolite body comprising, in terms of weight percent, the following:
30-70% zeolite with a silica / alumina ratio of at least 300 and a surface area greater than about 250 m 2 / g, 15-20% silica binder and 10-50% gamma-alumina having a specific surface area greater than 100 m 2 / g. The properties of this zeolite based material include: (1) a modulus of rupture of at least 1406138 kg / m 2 (2000 psi); (2) a surface area of at least 100 m 2 / g; (3) a thermal expansion coefficient of less than about +/- 10 ppm / ° C; and (4) a thermal shock resistance of at least 850 ° C.

Ausführliche Beschreibung der ErfindungFull Description of the invention

Das Produkt der vorliegenden Erfindung ist ein Zeolith-Körper zur Verwendung als Adsorber oder Katalysatorträger, insbesondere ein Zeolith-basiertes Material, wobei das Zeolith ein Siliziumdioxid/Aluminiumoxid-Verhältnis von zumindest mehr als 300 und eine Oberfläche von zumindest 250 m2/g aufweist. Ausgedrückt in Gewichtsteilen enthalten die Zeolith-basierten Körper gemäß der vorliegenden Erfindung kennzeichnenderweise zwischen ungefähr 30–70 Gewichtsteilen Zeolith und 15–20 Gewichtsteilen Siliziumdioxid Bindemittel.The product of the present invention is a zeolite body for use as an adsorbent or catalyst support, particularly a zeolite-based material, wherein the zeolite has a silica to alumina ratio of at least greater than 300 and a surface area of at least 250 m2 / g. Expressed in parts by weight, the zeolite-based bodies according to the present invention typically contain between about 30-70 parts by weight of zeolite and 15-20 parts by weight of silica binder.

Typischerweise umfassen Zeolithe große Teilchen in der Größenordnung von mehreren Mikrometern und zeigen eine reguläre Anordnung von zugänglichen Mikroporen, eine Kombination, die das Merkmal der großen Oberfläche von Zeolithen bereitstellt; ein Merkmal, das von den Zeolithen auch nach dem Sintern beibehalten wird. Im allgemeinen erfordern solche Katalysatorträger- und Adsorberanwendungen im wesentlichen Gesamtoberflächen von zumindest 20 m2/g, vorzugsweise von mehr als 100 m2/g und am meisten bevorzugt mehr als 150–200 m2/g. Der erfindungsgemäße Zeolith-basierte Körper ist dazu in der Lage, zu einem dünnwandigen monolithischen Körper mit hoher Zelldichte extrudiert zu werden, beispielsweise einer Wabenstruktur, die zumindest 400 Zellen/in2, eine Oberfläche von zumindest 200 m2/g aufweist, wobei Oberflächen über 250 m2/g einfach erreichbar sind.Typically, zeolites include large particles on the order of several micrometers and exhibit a regular array of accessible micropores, a combination that provides the feature of the large surface area of zeolites; a feature that is retained by the zeolites even after sintering. In general, such catalyst support and adsorber applications require substantially total surface areas of at least 20 m 2 / g, preferably greater than 100 m 2 / g, and most preferably greater than 150-200 m 2 / g. The zeolite-based body of the present invention is capable of being extruded into a thin-walled, high cell density monolithic body, such as a honeycomb structure having at least 400 cells / in 2 , a surface area of at least 200 m 2 / g 250 m 2 / g are easily accessible.

Wie oben ausführlich beschrieben ist der Zeolith-Bestandteil wünschenswerterweise ein im hohen Maße Siliziumdioxid-enthaltendes Zeolith, das ein SiO2/Al2O3 Molverhältnis von zumindest 300 aufweist. Das Vorhandensein des Zeoliths, das die Eigenschaft eines hohen Siliziumdioxid/Aluminiumoxidverhältnisses aufweist stellt ein Zeolith-basiertes Material sowohl mit einer Wärmestabilität bei solch hohen Temperaturen, die typischerweise in der Umgebung von Abgasen zu erwarten ist und die erwartete Fähigkeit, Kohlenwasserstoffe zu adsorbieren und zu desorbieren, bereit. Mit anderen Worten stellt der hohe Siliziumdioxidgehalt des Zeoliths einen Verbundstoff mit dem Vermögen bereit, seine Struktur bei hohen Temperaturen aufrecht zu erhalten. Andererseits stellt das Vorhandensein eines geringen Aluminiumoxidgehalts im Zeolith sicher, dass der Zeolith nicht die Art von Feuchtigkeitsproblemen erfahren wird, die typischerweise mit Zeolithen mit einem hohen Aluminiumoxidgehalt verbunden sind; Zeolithe mit hohem Aluminiumoxidgehalt dealuminieren typischerweise in Gegenwart von Feuchtigkeit bei hohen Temperaturen. Darüber hinaus wird die Zeolithkristall-Siliziumdioxidphase bei hohen Temperaturen aufrecht erhalten und ist für den negativen CTI (Wärmeausdehnungskoeffizienten) verantwortlich, der ausgleichend wirkt, so dass die Gesamtwärmeausdehung des Verbundkörpers reduziert wird. Zusammengefasst stellt das erfindungsgemäße Material ein Zeolith-Adsorber-Material bereit, das dem Entwickler von Automobilabgassystemen einen bestimmten Grad an Flexibilität im Entwurf des Abgassystems erlaubt; das Adsorbermaterial weise eine erhöhte Wärmestabilität auf.As described in detail above, the zeolite constituent is desirably a high silica-containing zeolite having a SiO 2 / Al 2 O 3 mole ratio of at least 300. The presence of the high silica / alumina ratio zeolite provides a zeolite-based material with both thermal stability at such high temperatures typically expected in the vicinity of exhaust gases and the expected ability to adsorb and desorb hydrocarbons , ready. In other words, the high silica content of the zeolite provides a composite with the ability to maintain its structure at high temperatures. On the other hand, the presence of a low alumina content in the zeolite ensures that the zeolite will not experience the type of moisture problems typically associated with high alumina zeolites; High alumina zeolites typically dealaubum in the presence of moisture at high temperatures. In addition, the zeolite crystal silica phase is maintained at high temperatures and is responsible for the negative CTI (coefficient of thermal expansion) which acts as a balancing agent so as to reduce the overall thermal expansion of the composite. In summary, the material of the present invention provides a zeolite adsorbent material that allows the designer of automotive exhaust systems a degree of flexibility in the design of the exhaust system; the adsorbent material has increased thermal stability.

Geeignete Zeolithe schließen irgendwelche Siliziumdioxid-basierten Zeolithe ein, die die Voraussetzung eines sehr hohen Siliziumdioxid/Aluminiumoxid-Verhältnisses erfüllen. Verwendbare Zeolithe, die ein großes Siliziumdioxid/Aluminiumoxid-Verhältnis enthalten, für die Ausübung der Erfindung sind unter den Zeolithen zu finden, die aus dem folgenden ausgewählt sind: Mordenit, ultrastabilisiertes Y (USY), ZSM-5, ZSM-8, ZSM-11, ZSM-12, Hyper Y, Beta-Zeolithe, H-Ferrierit, H-Offretit, Faujasit, X-Zeolith, Typ L-Zeolith, Mazzit, EMC-2 und Kombinationen von diesen, vorzugsweise Silicalit und irgendwelche der natürlichen Zeolithe, die Erionit, Clinoptilolit, Chanazit und Phillipsit einschließen. Ein kommerziell verfügbares Zeolith mit den notwendigen siliziumdioxidreichen Eigenschaften ist CBV 3002, erhältlich von der PQ Corporation.suitable Close zeolites any silica-based zeolites that are the prerequisite a very high silica / alumina ratio fulfill. Useful zeolites containing a high silica to alumina ratio for the exercise of the invention can be found among the zeolites, which are from the following selected are: mordenite, ultrastabilized Y (USY), ZSM-5, ZSM-8, ZSM-11, ZSM-12, Hyper Y, Beta Zeolites, H-Ferrierite, H-Offretite, Faujasite, X zeolite, type L zeolite, mazzitol, EMC-2 and combinations of these, preferably silicalite and any of the natural zeolites, the erionite, Clinoptilolite, chanazite and phillipsite. A commercially available zeolite with the necessary silica rich properties is CBV 3002, available from the PQ Corporation.

Zusätzlich zu einer großen Oberfläche schließen andere Merkmale dieses Zeolith-Körpers, die diesen zur Anwendung als Adsorbermaterial geeignet machen seine relativ große Wärmeausdehnung und große thermische Stabilität; weniger als 10 ppm/°C, vorzugsweise 5 ppm/°C und eine Wärmestabilität von bis zu zumindest 1000°C jeweils ein. Darüber hinaus erfordern Katalysatorträgeranwendungen und Filter/Adsorberanwendungen vorzugsweise eine Biege-Bruch-Festigkeit bzw. Biegefestigkeit über 1500 psi. Der Zeolith-Körper der vorliegenden Erfindung zeigt Biegefestigkeiten und Druckfestigkeiten, die diesen Wert übertreffen und sind in der Größenordnung von größer als 1406138 kg/m2 (2000 psi) wobei MORs über einem Wert von 2460743 kg/m2 (3500 psi) erreichbar sind.In addition to a large surface area, other features of this zeolite body which make it suitable for use as an adsorbent material include its relatively high thermal expansion and high thermal stability; less than 10 ppm / ° C, preferably 5 ppm / ° C, and thermal stability of up to at least 1000 ° C each. In addition, catalyst support applications and filter / adsorber applications preferably require flexural fracture toughness in excess of 1500 psi. The zeolite body of the present invention exhibits flexural and compressive strengths that exceed this value and are larger in the order of as 1406138 kg / m 2 (2000 psi) wherein MORs are accessible (psi 3500) to a value of 2460743 kg / m 2 ,

Eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zeolith-Körpers umfasst den Einschluss eines dritten Bestandteils, eines gamma-Aluminiumoxids, mit einer Oberfläche von mehr als 100 m2/g. Der gamma-Aluminiumoxidbestandteil mit der großen Oberfläche trägt ebenfalls dazu bei, einen gesamten Zeolith-basierten Körper zu haben, der innerhalb der Oberflächenanforderungen vieler Katalysatorträgeranwendungen liegt. Ausgedrückt in Gewichtsteilen enthalten die Zeolith/Siliziumdioxid/Aluminiumoxidkörper gemäß der Erfindung charakteristischerweise zwischen ungefähr 30–70 Gewichtsteilen Zeolith und 15–20 Gewichtsteilen Siliziumdioxidbindemittel und 10–50 Gewichtsteile gamma-Aluminiumoxid.A second embodiment of the zeolite body according to the invention comprises the inclusion of a third component, a gamma-alumina, having a surface area greater than 100 m 2 / g. The high surface area gamma alumina component also helps to have an overall zeolite-based body that is within the surface requirements of many catalyst support applications. Expressed in parts by weight, the zeolite / silica / alumina bodies of the invention characteristically contain between about 30-70 parts by weight of zeolite and 15-20 parts by weight of silica binder and 10-50 parts by weight of gamma-alumina.

Obwohl das Vorhandensein von Siliziumdioxid den Einbau von PGM-Katalysatoren in das extrudierte Zeolith-Substrat aufgrund der bekannten PGM Inkompatibilität des Siliziumdioxids verhindert stellt das Vorhandensein von Aluminiumoxid in dieser Ausführungsform der Zeolith-basierten Verbundstruktur die Trägermaterialfunktion für nicht-PGM Katalysatoren bereit. Insbesondere sieht gamma-Aluminiumoxid die notwendigen Stellen vor, um eine Bindung eines Übergangsmetalloxid-Katalysators an die Struktur zu ermöglichen derart, dass das Verbundmaterial eine verbesserte katalytische Aktivität und Lebenszeit gegenüber nur auf Zeolith-basierenden Strukturen zeigen wird, wenn es in bestimmten rauen Umgebungen verwendet wird, die typischerweise mit einer hohen Temperatur verbunden sind, und wie sie beispielsweise bei chemischen Prozessierungsanwendungen zu sehen sind. Zusätzlich ist das Aluminiumoxid, worin die Übergangsmetalloxide typischerweise angeordnet sind, porös genug und zeigt eine ausreichend große Oberfläche mit poröser Struktur, um das Sintern der Metalloxide, die vorliegen, zu verhindern und um die Zugänglichkeit der Übergangsmetalloxide gegenüber dem Reaktanten-Strom bereitzustellen.Even though the presence of silica the incorporation of PGM catalysts into the extruded zeolite substrate due to the known PGM incompatibility of the silica prevents the presence of aluminum oxide in this embodiment the zeolite-based composite structure the support material function for non-PGM catalysts ready. In particular, gamma-alumina sees the necessary places prior to binding of a transition metal oxide catalyst to enable the structure such that the composite material has improved catalytic activity and lifetime across from only on zeolite-based structures will show if it is in certain rough environments is used, which is typically high Temperature are connected, and as for example in chemical Processing applications are seen. In addition, the alumina, wherein the transition metal oxides typically arranged, porous enough and showing sufficient size surface with porous Structure to prevent sintering of the metal oxides that are present and accessibility the transition metal oxides across from to provide the reactant stream.

Gamma-Aluminiumoxid, das zur Verwendung in der Bildung dieses Verbundmaterials geeignet ist schließen solche Aluminiumoxide ein, die nach Kalzinieren die erforderliche Gamma-Aluminiumoxidphase bereitstellen und eine ausreichend große Oberfläche zeigen, die dazu ausreicht, als katalysatorisches Trägermaterial zu dienen. Ein geeignetes kommerziell erhältliches Gamma-Aluminiumoxid mit der erforderlichen großen Oberflächencharakteristik ist GL-25, das von LaRoche Industries bezogen werden kann.Gamma alumina suitable for use in the formation of this composite material is close such aluminas, which after calcining the required Provide gamma-alumina phase and show a sufficiently large surface, sufficient to serve as a catalyst carrier material. One suitable commercially available Gamma-alumina with the required high surface characteristic is GL-25, which can be obtained from LaRoche Industries.

In einer weiteren Ausführungsform sollte der Zeolith-Körper ein Aluminiumoxid mit stabilisierter großer Oberfläche einschließen. Das stabilisierte Aluminiumoxid sollte eine Menge an Stabilisierungsmittel einschließen, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Lanthanoxid (La2O3) oder dessen Äquivalenten, einschließlich Bariumoxid, Strontiumoxid und Yttriumoxid, besteht. Diese Stabilisierungsmittel sind zum Stabilisieren der spezifischen Oberfläche des Aluminiumoxids bekannt, das in seiner reinen Form typischerweise bei hohen Temperaturen instabil ist. Insbesondere hemmen die Stabilisierungsmittel die Phasentransformation von Aluminiumoxid bei hohen Temperaturen und erhöhen dadurch die Stabilität des Aluminiumoxids bei hohen Temperaturen. Die Stabilisierungsmittel werden typischerweise im Aluminiumoxid als Prä-Dotierungsmittel vor der Ansatzbildung des Verbundmaterials eingeschlossen und sie werden vorzugsweise dem Verbundmaterial nach dem Brennen über ein Imprägnierverfahren zugesetzt.In another embodiment, the zeolite body should include a stabilized large surface area alumina. The stabilized alumina should include an amount of stabilizer selected from the group consisting of lanthana (La 2 O 3 ) or its equivalents, including barium oxide, strontium oxide and yttria. These stabilizers are known to stabilize the specific surface area of the alumina, which in its pure form is typically unstable at high temperatures. In particular, the stabilizers inhibit the phase transformation of alumina at high temperatures and thereby increase the stability of the alumina at high temperatures. The stabilizers are typically included in the alumina as a pre-dopant prior to the batch formation of the composite and are preferably added to the composite after firing via an impregnation process.

Ein bevorzugtes Stabilisierungsmittel für Aluminiumoxid ist Lanthanoxid (La2O3) das durch Imprägnierung in den Gamma-Aluminiumoxidbestandteil des Verbundstoffes bzw. der Zusammensetzung mit eingeschlossen ist. Die Lanthanimprägnierung erfolgt derart, dass die Zusammensetzung Lanthanoxid im Gewichtsbereich von 0,5–20 Gewichtsteilen bzgl. der Aluminiumoxid-Bestandteilsmenge enthält. Wenn Lanthan in einer geringeren Menge als in einem derartigen Bereich zugesetzt wird werden die vorteilhaften Wirkungen der Zunahme einer Aktivität aufgrund des Lanthanzusatzes nicht mehr beobachtet.A preferred stabilizer for alumina is lanthanum oxide (La 2 O 3 ), which is impregnated into the gamma-alumina component of the composite. The lanthanum impregnation is carried out such that the composition contains lanthanum oxide in the weight range of 0.5-20 parts by weight with respect to the alumina component amount. When lanthanum is added in a smaller amount than in such a range, the beneficial effects of increasing activity due to the lanthanum addition are no longer observed.

Für Katalysatoranwendungen sollte die Porosität gemessen als Gesamtporosität der Zeolith/Aluminiumoxidzusammensetzung ausreichend sein, um einen Zugang zum Übergangsmetalloxidkatalysator durch die Wände zu ermöglichen. Für Adsorberanwendungen sollte die Porosität gemessen durch die durchschnittliche Porengröße ausreichend sein, um die Stützfunktion zu ermöglichen, um effektiv als Adsorber zu dienen. Der Auswahlbereich für Gesamtporosität und durchschnittliche Porengröße kann variiert werden, um die vorgeschlagenen Katalysator- oder Adsorber-Anwendungen aufzunehmen. Die Porosität ist abhängig von den Ausgangsmaterialien und der Brenntemperatur, je höher die Temperatur desto dichter die sich ergebende Struktur. Für Katalysator und/oder Katalysatorträgeranwendungen können die erfindungsgemäßen Zeolithstrukturen eine Gesamtporosität von ungefähr zumindest 30% zusammen mit durchschnittlichen Porengrößen im Sub-Mikrometerbereich aufweisen.For catalyst applications should the porosity measured as total porosity of the zeolite / alumina composition to be sufficient Access to the transition metal oxide catalyst through the walls to enable. For adsorber applications should the porosity measured by the average pore size to be sufficient support function to enable to effectively serve as adsorber. The selection range for total porosity and average Pore size can be varied to the proposed catalyst or adsorber applications take. The porosity depends on from the starting materials and the firing temperature, the higher the Temperature the denser the resulting structure. For catalyst and / or catalyst carrier applications can the zeolite structures according to the invention a total porosity of about at least 30% along with average sub-micron pore sizes exhibit.

Zusätzlich zu seiner Verwendung als einfache Adsorberstruktur wie oben ausgeführt kann das erfindungsgemäße siliziumdioxidreiche/Aluminiumoxid-Zeolithmaterial als Katalysatorsubstrat verwendet werden, insbesondere als Ersatz für Kordierit. Alternativ kann das erfindungsgemäße Zeolith als Katalysatorsubstrat in solchen Anwendungen verwendet werden, wo es die zusätzliche Funktion der Adsorption von Kohlenwasserstoffen während des Kaltstart-Stadiums leistet (beispielsweise Bag I und II Emissionen).In addition to its use as a simple adsorber structure as stated above the silica-rich / alumina zeolite material of the present invention be used as a catalyst substrate, in particular as a replacement for cordierite. Alternatively, the zeolite of the invention may be used as catalyst substrate be used in such applications where there is the additional Function of the adsorption of hydrocarbons during the Cold start stage (for example Bag I and II emissions).

In der ersten Katalysatorsubstratausführungsform wird das Zeolith-Wabensubstrat mit einem konventionellen Dreiwegekatalysator einem washcoating unterzogen und das Katalysatorsystem arbeitet in der selben Weise wie ein reguläres Kordierit-gestütztes Dreiwegekatalysatorsystem. Geeignete katalytische Materialien zum Auflagern auf das siliziumdioxidreiche/Aluminiumoxid-Zeolithsubstrat schließen Platin, Palladium, Rhodium und Iridium ein. Das Zeolithsubstrat besteht aus einem Zeolithmaterial, das eine hohe Wärmestabilität unter Automobilabgasbedingungen zeigt. Geeignete Zeolithe schließen solche ein, die aus den nachfolgenden Materialen ausgewählt sind: Mordenit, ultrastabilisiertes Y (USY), ZSM-5, ZSM-8, ZSM-11, ZSM-12, die alle ein Siliziumdioxid/Aluminiumoxidverhältnis von 300 und darüber zeigen.In The first catalyst substrate embodiment becomes the zeolite honeycomb substrate washcoating with a conventional three way catalyst subjected and the catalyst system works in the same way like a regular one Cordierite-based Three-way catalyst system. Suitable catalytic materials for Superimposed on the silica-rich / alumina zeolite substrate shut down Platinum, palladium, rhodium and iridium. The zeolite substrate consists of a zeolite material that provides high thermal stability Automotive exhaust conditions shows. Suitable zeolites include those selected from the following materials: mordenite, ultrastabilized Y (USY), ZSM-5, ZSM-8, ZSM-11, ZSM-12, all of which have a silica / alumina ratio of 300 and above demonstrate.

In der zweiten Ausführungsform wird das Zeolithsubstrat einem Washcoating mit einem Oxidationskatalysator unterworfen; geeignete Oxidationskatalysatoren schließen Platin, Palladium, Rhodium oder Iridium ein. Der einem Washcoating unterzogene Zeolithkatalysator dient als Kohlenwasserstofffalle zur Reduktion von Kohlenwasserstoffemissionen während des Kalt-Start-Stadiums. Die Zeolithmaterialauswahl für das Substrat schließt folgendes ein: Beta-Zeolith, USY und ZSM-5 und Mordenit, die alle das erforderliche hohe Siliziumdioxid/Aluminiumoxidverhältnis von 300 oder darüber zeigen. Diese großporigen Zeolithe zeigen eine große Fähigkeit zur Adsorption von Kohlenwasserstoffen während sie zur selben Zeit die erforderliche Wärmestabilität zeigen, um die raue Umgebung in einem automobilen Abgasstrom zu überstehen. Wenn das einem Washcoating unterzogene katalytische Oxidationsmaterial ein ausreichendes Material erreicht dient es zur Zerstörung gefährlicher Kohlenwasserstoffmoleküle durch Oxidieren dieser Moleküle mit Sauerstoff, der im automobilen Abgasstrom vorliegt, zu umweltverträglichen Molekülen beispielsweise Wasser und Kohlendioxid.In the second embodiment For example, the zeolite substrate is washcoated with an oxidation catalyst subject; suitable oxidation catalysts include platinum, Palladium, rhodium or iridium. The washcoated Zeolite catalyst serves as a hydrocarbon trap for the reduction of Hydrocarbon emissions during the cold-start stage. The zeolite material selection for the substrate includes Beta zeolite, USY and ZSM-5 and mordenite, all the required high silica / alumina ratio of 300 or above demonstrate. These large pores Zeolites show a big one ability for the adsorption of hydrocarbons while at the same time show required thermal stability, to survive the harsh environment in an automotive exhaust flow. When the washcoated catalytic oxidation material If sufficient material is reached it serves to destroy dangerous ones Hydrocarbon molecules by oxidizing these molecules with oxygen, which is present in the automotive exhaust stream, too environmentally friendly molecules for example, water and carbon dioxide.

Das allgemeine Verfahren zur Produktion poröser Sintersubstrate erfolgt wie der Fachmann weiß erfolgt durch Mischen der Ansatzmaterialien, Mischen des Gemisches, Ausbilden eines umgebrannten bzw. Grünkörpers bzw. Formling und anschließendes Sintern des ungebrannten Körpers zu einer harten porösen Struktur. Bei dieser Art der Herstellung des Körpers werden verschiedene Gleitmittel wie beispielsweise Zinkstearat und Natriumstearat und organische Bindemittel dem Ansatz während des Mischschrittes zugesetzt, um eine Viskositätskontrolle und Festigkeit vor dem Brennen bereitzustellen und eine Porosität für die Struktur nach dem Brennen.The general process for the production of porous sintered substrates takes place as the expert knows, done by mixing the batch materials, mixing the mixture, forming a reclaimed or green body or Molding and subsequent Sintering the unfired body to a hard porous structure. In this type of preparation of the body are different lubricants such as zinc stearate and sodium stearate and organic Binder the approach during added to the mixing step for viscosity control and strength provide before firing and a porosity for the structure after firing.

Ein besonders bevorzugtes Verfahren zur Herstellung der Zusammensetzung bzw. des Verbundstoffes der hierin beschriebenen Erfindung, ein extrudierter Wabenmonolith mit einer hohen Oberfläche, umfasst ein Vermischen bestimmter Ausgangsmaterialien zu einem im wesentlichen homogenen Körper, die dazu in der Lage sind, die oben erwähnte Zusammensetzung zu bilden. Insbesondere werden die Ausgangsmaterialien, die eine Zusammensetzung bilden werden ein Zeolithausgangsmaterial einschließen, das ein Siliziumdioxid/Aluminiumoxidverhältnis von zumindest 300 zu 1 und eine Oberfläche von zumindest 250 m2/g, ein Siliziumdioxid-Bindemittel, das ein Harz/Lösungsmittelverhältnis von zwischen 2/1 bis 4/1 und wahlweise einen Gamma-Aluminiumoxidbestandteil zeigt, der eine spezifische Oberfläche von mehr als 100 m2/g aufweist. Wie es in der Bildung von Keramikstrukturen Standard ist sollte das Ansatzgemisch ein temporäres organisches Bindemittel und Wasser einschließen. Das bevorzugte Verfahren zur Ausbildung des Körpers schließt ein Extrudieren des Körpers zur Bildung einer ungebrannten Wabenstruktur ein. Wenn er einmal zu einem Wabenkörper geformt ist wird der extrudierte ungebrannte Körper dann durch Erhitzen der Struktur für eine Zeitspanne, die ausreichend ist, um eine rissfreie Trockenstruktur zu bilden, getrocknet. Der Trocknungsschritt wird auf vielen unterschiedlichen Wegen erreicht. Eine Ausführungsform schließt die Anordnung der Struktur in einem Ofen bei einer Temperatur im Bereich von 50–100°C, vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von 90–100°C für Zeitspannen bis zu vier Tagen ein. In einer anderen, leicht modifizierten Ausführungsform wird der Trocknungsschritt durch Anordnen der Rohstruktur in einem kontrollierten Ofen mit relativer Luftfeuchtigkeit (beispielsweise 90% relative Luftfeuchtigkeit) für ähnliche Zeitspannen und Temperaturen wie für die vorher erwähnte Standard-Ofentrocknungsausführungsform erreicht. In einer dritten Ausführungsform wird der Trocknungsschritt durch Anordnen der Rohstruktur in einem Dielektrischen Ofen für eine Zeitspanne erreicht, die ausreichend ist, um eine rissfreie selbsttragende Struktur zu bilden, vorzugsweise eine Zeitspanne von nicht mehr als 60 Minuten, besonders bevorzugt eine Zeitspanne von 5–30 Minuten.A particularly preferred method of making the composition of the invention described herein, an extruded high surface area honeycomb monolith, comprises blending certain starting materials into a substantially homogeneous body which is capable of forming the above-mentioned composition , In particular, the starting materials that will form a composition will include a zeolite starting material, the m, a silica / alumina ratio of at least 300 to 1 and a surface area of at least 250 2 / g, a silica binder comprising a resin / solvent ratio of between 2/1 to 4/1 and optionally a gamma alumina component having a specific surface area greater than 100 m 2 / g. As is standard in the formation of ceramic structures, the batch mixture should include a temporary organic binder and water. The preferred method of forming the body involves extruding the body to form an unfired honeycomb structure. Once formed into a honeycomb body, the extruded green body is then dried by heating the structure for a time sufficient to form a crack-free dry structure. The drying step is achieved in many different ways. One embodiment includes placing the structure in an oven at a temperature in the range of 50-100 ° C, preferably at a temperature in the range of 90-100 ° C for periods of up to four days. In another slightly modified embodiment, the drying step is achieved by placing the greenware in a controlled oven at relative humidity (e.g., 90% relative humidity) for similar times and temperatures as the aforementioned standard oven-drying embodiment. In a third embodiment, the drying step is accomplished by placing the greenware in a dielectric oven for a time sufficient to form a crack-free self-supporting structure, preferably a period of not more than 60 minutes, more preferably a period of 5-30 minutes.

Ein Sintern der getrockneten Wabenstruktur schließt ein Erhitzen oder Sintern der Wabe für eine Zeitspanne ein, die ausreichend ist, eine Sinterstruktur mit einer hohen Oberfläche zu bilden. Insbesondere umfasst das Sintern ein Erhitzen der Wabe in einer Stickstoffatmosphäre in einer Geschwindigkeit von 10–25°C/Std. auf eine erste Temperatur von zumindest 500°C, diese Temperatur wird dann vorzugsweise für eine Zeitspanne von bis zu 10 Stunden, besonders bevorzugt 4 Stunden gehalten. Im Anschluss an die Stickstoffvorbehandlung und das Brennen wird die Wabe auf Umgebungstemperatur abgekühlt. Wenn Umgebungstemperatur erreicht wird wird die Wabe in Luft auf eine zweite Temperatur von zumindest 850°C, vorzugsweise 1100°C erhitzt. Der zweite Lufterhitzungsschritt auf zumindest 850°C kann zwei unterschiedliche Heizschritte einschließen: (1) einen ersten Heizschritt bei einer Geschwindigkeit von 10–25°C/Std. bis 500°C wonach die Temperatur für eine Zeitspanne gehalten wird; und (2) einen zweiten Erhitzungsschritt von 500°C bis zumindest 850°C bei einer Geschwindigkeit von ungefähr 50°C/Std. wonach die Temperatur wiederum für eine Zeitspanne aufrecht erhalten wird. Für beide Lufterhitzungsschritte wird die Haltetemperatur vorzugsweise für eine Zeitspanne von bis zu 10 Stunden, besonders bevorzugt 4 Stunden aufrecht erhalten.Sintering the dried honeycomb structure involves heating or sintering the honeycomb for a time sufficient to form a sintered structure having a high surface area. In particular, the sintering comprises heating the honeycomb in a nitrogen atmosphere at a rate of 10-25 ° C / hr. to a first temperature of at least 500 ° C, this temperature is then preferably maintained for a period of up to 10 hours, more preferably 4 hours. Following nitrogen pretreatment and firing, the honeycomb is cooled to ambient temperature. When ambient temperature is reached, the honeycomb is heated in air to a second temperature of at least 850 ° C, preferably 1100 ° C. The second air heating step to at least 850 ° C can be two different heating steps including: (1) a first heating step at a speed of 10-25 ° C / hr. to 500 ° C after which the temperature is maintained for a period of time; and (2) a second heating step from 500 ° C to at least 850 ° C at a rate of about 50 ° C / hr. after which the temperature is again maintained for a period of time. For both air heating steps, the holding temperature is preferably maintained for a period of up to 10 hours, more preferably 4 hours.

Der Vorbehandlungsstickstofferhitzungsschritt hat angenommener Maßen Sinterstrukturen zur Folge, die einen gegenüber solchen Körpern erhöhten MOR zeigen, die nicht diesem Vorbehandlungsschritt unerworfen wurden. Ohne an eine Theorie gebunden sein zu wollen wird angenommen, dass die Stickstoffvorbehandlung ein schrittweises langsames Ausbrennen des organischen Bindemittels erzeugt, das die Mikrostruktur der Zeolith-Körper nicht stört, und somit eine leichtere Verdichtung des Zeolith-Körpers bei den später erreichten höheren Brenntemperaturen ermöglicht.Of the Pretreatment nitrogen heating step will presumably have sintered structures the result, the one opposite such bodies increased MOR that were not rejected this pretreatment step. Without wishing to be bound by theory, it is believed that the nitrogen pretreatment a gradual slow burning out The organic binder does not create the microstructure of the zeolite body disturbs, and thus easier compaction of the zeolite body the later reached higher Burning temperatures allows.

Der Zweck des organischen Bindemittels besteht darin, während der Formung eine Plastizität und eine gewisse Grünfestigkeit nach dem Trocknen bereitzustellen. Ein organisches Bindemittel gemäß der vorliegenden Erfindung betrifft Bindemittel vom Zelluloseethertyp und/oder deren Derivate, von denen einige thermisch gelierbar sind. Einige typische organische Bindemittel gemäß der vorliegenden Erfindung sind Methylcellulose, Hydroxybutylcellulose, Hydrobutylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Hydroxymethylcellulose, Hydroxypropylcellulose, Hydroxypropylmethylcellulose, Hydroxyethylmethylcellulose, Natriumcarboxymethylcellulose und Gemische hiervon. Methylcellulose und/oder Methylcellulosederivate werden typischerweise in der Ausübung der vorliegenden Erfindung verwendet. Methylcellulose, Hydroxypropylmethylcellulose und Kombinationen hiervon werden insbesondere bevorzugt. Bevorzugte Quellen für Celluloseether und/oder Derivate hiervon sind Methocel A4M, F4M und F240M von Dow Chemical Corporation. Methocel A4M ist ein Methylcellulosebindemittel mit einer Geltemperatur von 50–55°C und einer Gelstärke bzw. Gelfestigkeit von 5000 g/cm2 (basierend auf einer 2%-igen Lösung bei 65°C). Methocel F4M und F240M sind Hydroxypropylmethylcellulose.The purpose of the organic binder is to provide plasticity and some green strength after drying during molding. An organic binder according to the present invention relates to cellulose ether type binders and / or their derivatives, some of which are thermally gellable. Some typical organic binders according to the present invention are methyl cellulose, hydroxybutyl cellulose, hydrobutyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, hydroxypropylmethyl cellulose, hydroxyethylmethyl cellulose, sodium carboxymethyl cellulose and mixtures thereof. Methylcellulose and / or methylcellulose derivatives are typically used in the practice of the present invention. Methylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose and combinations thereof are particularly preferred. Preferred sources of cellulose ethers and / or derivatives thereof are Methocel A4M, F4M and F240M from Dow Chemical Corporation. Methocel A4M is a methylcellulose binder with a gel temperature of 50-55 ° C and a gel strength of 5000 g / cm 2 (based on a 2% solution at 65 ° C). Methocel F4M and F240M are hydroxypropyl methylcellulose.

BeispieleExamples

Um die Prinzipien der vorliegenden Erfindung weiter zu veranschaulichen werden bestimmte Beispiele von Zeolith und Zeolith/Aluminiumoxidkörpern beschrieben werden, die gemäß der Erfindung gebildet werden, eben sowie ein Vergleichskörper. Es sollte jedoch klar sein, dass die Beispiele lediglich zu Vergleichszwecken angegeben sind und die Erfindung hierauf nicht beschränkt ist sondern viel mehr verschiedene Modifikationen und Veränderungen in der Erfindung vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abuzweichen.Around to further illustrate the principles of the present invention certain examples of zeolite and zeolite / alumina bodies are described be that according to the invention are formed, as well as a comparison body. It should be clear, however be that the examples are given for comparative purposes only and the invention is not limited thereto but much more different Modifications and changes can be made in the invention without the spirit and scope to deviate from the invention.

Beispiele 1 und 2Examples 1 and 2

Beide Beispiel involvierten ein sorgfältiges Zusammenmischen eines Ansatzgemisches wie in Tabelle I angegeben in einem Littleford Mixer. Das Zeolith-Rohmaterial umfasste ein ZSM-5 Zeolith mit einem SiO2/Al2O3-Verhältnis von 300 (CBV-3002 von PQ Corporation) und ein Siliziumdioxid-Bindemittel, das eine Menge an konzentriertem Silikonharz (6-2230 Harz von Dow Corning) umfasste, gelöst in einer zweibasischen Esterlösung mit dem in der Tabelle abgebildeten Harz-Lösungsmittel-Verhältnis; in jedem Beispiel hatte die Menge des Harzes eine Menge an permanentem Siliziumdioxid-Bindemittel zur Folge, das für die gebrannte Zusammensetzung aufgezeichnet wurde. Der gemischte Ansatz wurde auf einen Mahlwalze übertragen und eine Menge Wasser wie in Tabelle I angegeben wurde dem Ansatz zugesetzt und der Ansatz wurde gleichförmig plastifiziert; das als darüber hinaus gehender Zusatz aufgelistete Wasser ist in Gewichtsprozent angegeben basierend auf der gebrannten Zusammensetzung.Both examples involved careful mixing of a batch mix as indicated in Table I in a Littleford mixer. The zeolite raw material comprised a ZSM-5 zeolite having a SiO 2 / Al 2 O 3 ratio of 300 (CBV-3002 from PQ Corporation) and a silica binder containing an amount of concentrated silicone resin (6-2230 resin from Dow Coming) dissolved in a dibasic ester solution having the resin-solvent ratio shown in the table; In each example, the amount of resin resulted in an amount of permanent silica binder recorded for the fired composition. The mixed batch was transferred to a grinding roll and an amount of water as indicated in Table I was added to the batch and the batch was uniformly plasticized; the water listed as the additional additive is given in weight percent based on the fired composition.

Die Wabenkörper mit einer Wanddicke von ungefähr 8 mil, die 400 Zellen/in2 aufwiesen und Stäbe, die für ein Testen der MOR geeignet und einen Durchmesser von 0,3125 in aufwiesen wurden durch Extrusion durch einen Kolbenextruder geformt. Jedes der beiden Beispiele, die grünen extrudierten Waben und die Stäbe wurden in der folgenden Art und Weise getrocknet: Raumtemperatur bis 95°C in einem Feuchtigkeitsofen (95–100% relative Feuchtigkeit) für eine Zeitspanne von 4 Tagen. Nach dem Trocknen wurden die extrudierten Waben und Stäbe in einer N2 Atmosphäre in einer Geschwindigkeit von zwischen 15–25°C/Std. auf 500°C vorgebrannt, wobei die Temperatur für eine Zeitspanne von 4 Stunden aufrecht erhalten wurde. Die Waben wurden auf Raumtemperatur abgekühlt und danach in Luft in einer Geschwindigkeit von zwischen 15–25°C/Std. auf eine Temperatur von 500°C erhitzt, wobei die Temperatur wiederum für eine Zeitspanne von 4 Stunden aufrecht erhalten wurde. Im Anschluss an dieses Halten schloss das Brennen ein Erhitzen der Waben in einer Geschwindigkeit von 25–50°C/Std. auf eine Endtemperatur von 1100°C ein, wobei die Waben für eine endgültige Zeitspanne von 4 Stunden gehalten wurden. Die Zusammensetzung des gebrannten Körpers ist in Tabelle I angegeben.The honeycomb bodies having a wall thickness of about 8 mils, having 400 cells / in 2 , and bars suitable for testing the MOR and having a diameter of 0.3125 inches were formed by extrusion through a piston extruder. Each of the two examples, the green extruded honeycombs and the rods were dried in the following manner: room temperature to 95 ° C in a humidity oven (95-100% relative humidity) for a period of 4 days. After drying, the extruded honeycombs and rods were dried in a N 2 atmosphere at a rate of between 15-25 ° C / hr. preheated to 500 ° C, maintaining the temperature for a period of 4 hours. The honeycombs were cooled to room temperature and then air-cooled at a rate of between 15-25 ° C / hr. heated to a temperature of 500 ° C, the temperature was again maintained for a period of 4 hours. Following this holding, the baking included heating the honeycombs at a rate of 25-50 ° C / hr. to a final temperature of 1100 ° C with the honeycombs held for a final period of 4 hours. The composition of the fired body is in table I indicated.

Die sich ergebenden Stäbe wurden zur Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften wie beispielsweise MOR, CTE und E-Modulus verwendet. Die Wärmeschockresistenz wurde gemäß der folgenden Formeln berechnet: Wärmeschockresistenz (TSR) = MOR/(E-mod × CTE). Die Daten über die Porosität und die durchschnittliche Porengröße wurden für die Waben gemessen und wurden unter Verwendung einer konventionellen Quecksilberintrusions-Porosimetrietechnik erzeugt. All diese physikalischen Eigenschaften für die Stäbe und Waben sind in Tabelle I aufgelistet.The resulting bars were used to characterize the mechanical properties such as For example, MOR, CTE and E modulus are used. The thermal shock resistance was according to the following formulas calculated: thermal shock resistance (TSR) = MOR / (E-mod × CTE). The data about the porosity and the average pore size were measured for the honeycomb and were using a conventional mercury intrusion porosimetry technique generated. All these physical properties for the rods and honeycombs are listed in Table I.

Beispiele 3 bis 7Examples 3 to 7

Jedes Beispiel schliesst ein sorgfältiges Zusammenmischen einer Chargenmischung, wie sie in Tabelle I bereitgestellt ist, in einem Littleford-Mixer ein. Das Zeolith-Ausgangsmaterial umfasste ZSM-5 Zeolith mit einem SiO2/Al2O3-Verhältnis von 300 (CBV-3002 von PQ Corporation), das Gamma-Aluminiumoxid-Ausgangsmaterial umfasste GL-25 bezogen von LaRoche Industries (Oberfläche von 260 m2/g) und das temporäre Methylcellulose-Bindemittel umfasste Methocel A4M von Dow Chemical Corporation. Eine Variation schloss die Verwendung von La-stabilisiertem Gamma-Aluminiumoxid in Beispiel 7 ein; dotiert mit 4% La2O3 und mit einer Oberfläche von 110 m2/g. Das Ansatzgemisch umfasste zusätzlich eine Menge an konzentriertem Silikonharz (6-2230 Harz von Dow Corning) gelöst in einer zweibasischen Esterlösung mit dem in der Tabelle angegebenen Harz/Lösungsmittelverhältnis; in jedem Beispiel hatte die Harzmenge die für die gebrannte Zusammensetzung angegebene Menge von permanentem Siliziumdioxid-Bindemittel zur Folge. Im Anschluss an eine Behandlung mit einer Menge Ölsäure und/oder Essigsäure wie in der Tabelle angegeben wurde der gemischte Ansatz dann auf einen Läufer bzw. eine Mahlwalze übertragen und eine wie in Tabelle I angegebene Menge Wasser wurde dem Ansatz zugesetzt und der Ansatz wurde gleichförmig plastifiziert; es sei erwähnt dass jede der in Tabelle I für Wasser aufgelisteten Gewichtsprozente, Öl und Essigsäuren Superadditionsgewichtsprozente auf Grundlage der endgültigen gebrannten Zusammensetzung sind.Each example involves careful mixing together of a batch mix as provided in Table I in a Littleford mixer. The zeolite starting material comprised ZSM-5 zeolite with a SiO 2 / Al 2 O 3 ratio of 300 (CBV-3002 from PQ Corporation), the gamma-alumina starting material comprised GL-25 purchased from LaRoche Industries (surface area 260 m 2 / g) and the methylcellulose temporary binder included Methocel A4M from Dow Chemical Corporation. One variation included the use of La-stabilized gamma-alumina in Example 7; doped with 4% La 2 O 3 and with a surface area of 110 m 2 / g. The batch mixture additionally comprised an amount of concentrated silicone resin (6-2230 resin from Dow Corning) dissolved in a dibasic ester solution having the resin / solvent ratio shown in the table; in each example, the amount of resin resulted in the amount of permanent silica binder indicated for the fired composition. Following a treatment with a quantity of oleic acid and / or acetic acid as indicated in the table, the mixed batch was then transferred to a runner and a quantity of water as indicated in Table I was added to the batch and the batch was uniformly plasticized ; It should be noted that each of the weight percents, oil and acetic acids listed in Table I for water are superadditional weight percent based on the final fired composition.

Wabenkörper mit einer Wanddicke von ungefähr 8 mil und mit 400 Zellen/in2 und Stäbe, die für das Testen des MOR (Modulus of rupture = Bruchmodul) geeignet sind und die einen Durchmesser von 0,793 cm (0,3125 in) zeigten wurden durch Extrusion durch einen Kolbenextruder gebildet. Die grünen extrudierten Waben und Stäbe aus Beispielen 3–5 und 7 wurden in einer Art getrocknet die derjenigen für die Beispiele 1 und 2 ähnlich war. Beispiel 6 wurde in einem dielektrischen Ofen für eine Zeitspanne von 20 Minuten getrocknet. Nach dem Trocknen wurden die extrudierten Waben- und Stab-Grünkörper bzw. -Rohlinge bzw. -Formlinge in einer Art und Weise gebrannt, die derjenigen ähnlich war, die für die Beispiele 1 und 2 verwendet wurde mit der Ausnahme, dass die Temperatur im Anschluss an den zweiten Anstieg in Luft nicht bei 500°C aufrechterhalten wurde.Honeycomb bodies having a wall thickness of about 8 mils and 400 cells / in 2 and rods suitable for testing the modulus of rupture (MOR), which had a diameter of 0.793 cm (0.3125 in), were extruded formed by a piston extruder. The green extruded honeycombs and rods of Examples 3-5 and 7 were dried in a manner similar to that for Examples 1 and 2. Example 6 was dried in a dielectric oven for a period of 20 minutes. After drying, the extruded honeycomb and rod green bodies or blanks were fired in a manner similar to that used for Examples 1 and 2, except that the temperature was followed at the second rise in air was not maintained at 500 ° C.

Die endgültige gebrannte Zusammensetzung, physikalische und mechanische Eigenschaften der extrudierten Zeolith/Siliziumdioxid/Aluminiumoxidkörper sind in Tabelle I dargestellt. Tabelle I

Figure 00130001

  • * Vergleichsbeispiel
The final fired composition, physical and mechanical properties of the extruded zeolite / silica / alumina bodies are shown in Table I. Table I
Figure 00130001
  • * Comparative Example

Eine Überprüfung von Tabelle I zeigt, dass die erfindungsgemäßen Beispiele 3–6, die ein Gamma-Aluminiumoxid im Bereich von 10–50 Gewichtsteilen enthalten, die erforderliche Kombination der Eigenschaften zeigen. Insbesondere zeigen die erfindungsgemäßen Beispiele 3–6 die folgende Kombination von Eigenschaften: (1) eine Oberfläche von nicht weniger als 170 m2/g; (2) eine MOR von zumindest 2270 psi; (3) einen CTE von weniger als 2 ppm/°C; und (4) eine berechnete Wärmeschockbeständigkeit von zumindest 1510°C.A review of Table I shows that Examples 3-6 of the invention containing a gamma alumina in the range of 10-50 parts by weight show the required combination of properties. In particular, Examples 3-6 of the present invention exhibit the following combination of properties: (1) a surface area of not less than 170 m 2 / g; (2) a MOR of at least 2270 psi; (3) a CTE of less than 2 ppm / ° C; and (4) a calculated thermal shock resistance of at least 1510 ° C.

Unter Bezugnahme auf Beispiel 7 weist ein Zeolith/Siliziumdioxidkörper, der 10 Gewichtsteile Siliziumdioxid enthält, gemäß Tabelle I in dieser Probe weniger als den erwünschten MOR von 339582 kg/m2 (483 psi). Diese geringe Festigkeit ist wahrscheinlich auf die geringe Menge an vorhandenem Siliziumdioxid-Bindemittel zurück zu führen, insbesondere eine Menge die nicht ausreichend ist, um die gewaltige Oberfläche der 90 Gewichtsteile des kombinierten Zeoliths und Gamma-Aluminiumoxids abzudecken.Referring to Example 7, a zeolite / silica body containing 10 parts by weight of silica, according to Table I, in this sample has less than the desired MOR of 339582 kg / m 2 (483 psi). This low strength is likely due to the small amount of silica binder present, especially an amount insufficient to cover the vast surface area of the 90 parts by weight of the combined zeolite and gamma alumina.

Es sollte klar sein, dass, während die vorliegende Erfindung ausführlich unter Bezugnahme auf spezielle veranschaulichende und spezielle Ausführungsformen beschrieben wurde diese nicht hierauf beschränkt ist und zahlreiche Modifikationen möglich sind, ohne vom breiten Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.It it should be clear that while the present invention in detail with reference to specific illustrative and specific embodiments This has not been limited to this and numerous modifications possible are without departing from the broad spirit and scope of the present invention as he attached in the claims is defined to depart.

Claims (7)

Zeolith-Körper der, ausgedrückt in Gewichtsprozent folgendes umfasst: 30–70% Zeolith mit einem Siliziumdioxid/Aluminiumoxid-Verhältnis von zumindest 300 und einer Oberfläche von mehr als ungefähr 250 m2/g, 15–20% Siliziumdioxid-Bindemittel, und 10–50% gamma-Aluminiumoxid mit einer spezifischen Oberfläche von mehr als 100 m2/g, wobei der Zeolith-Körper ein Bruchmodul von zumindest 1406138 kg/m2 (2000 psi), eine Oberfläche von zumindest 100 m2/g, einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von weniger als ungefähr +/–10 ppm/°C und eine Wärmeschockbeständigkeit von zumindest 850°C zeigt.Zeolite body, expressed in weight percent, comprising: 30-70% zeolite having a silica / alumina ratio of at least 300 and a surface area greater than about 250 m 2 / g, 15-20% silica binder, and 50% gamma-alumina having a specific surface area greater than 100 m 2 / g, the zeolite body having a modulus of rupture of at least 1406138 kg / m 2 (2000 psi), a surface area of at least 100 m 2 / g, a thermal expansion coefficient of less than about +/- 10 ppm / ° C and a thermal shock resistance of at least 850 ° C. Zeolith-Körper nach Anspruch 1, der eine Oberfläche von zumindest 170 m2/g aufweist.A zeolite body according to claim 1 which has a surface area of at least 170 m 2 / g. Zeolith-Körper nach Anspruch 3; der eine Wärmeausdehnung von weniger als ungefähr 5 ppm/°C zeigt.Zeolite body according to claim 3; the thermal expansion from less than about 5 ppm / ° C shows. Zeolith-Körper nach Anspruch 1, wobei der Körper eine negative Wärmeausdehnung von weniger als 5 ppm/°C aufweist.Zeolite body according to claim 1, wherein the body a negative thermal expansion less than 5 ppm / ° C having. Zeolith-Körper nach Anspruch 1, wobei der Körper eine Wärmestabilität bei einer Temperatur von bis zu zumindest 1000°C zeigt.Zeolite body according to claim 1, wherein the body a thermal stability at a Temperature of up to at least 1000 ° C shows. Zeolith-Körper nach Anspruch 1, der eine extrudierte Wabenstruktur ist, die zumindest 400 Zellen/in2 aufweist.A zeolite body according to claim 1, which is an extruded honeycomb structure having at least 400 cells / in 2 . Zeolith-Körper nach Anspruch 1, wobei das Aluminiumoxid ein Stabilisierungsmittel einschließt, ausgewählt aus der Gruppe, das aus Lanthanoxid, Bariumoxid, Strontiumoxid und Yttriumoxid besteht.Zeolite body according to claim 1, wherein the alumina is a stabilizing agent includes, selected from the group consisting of lanthanum oxide, barium oxide, and strontium oxide Yttrium oxide exists.
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